Генератор СВЧ Российский патент 2020 года по МПК H03B5/18 

Генератор СВЧ относится к технике СВЧ и предназначен для создания источников сигнала непрерывной выходной мощности.

Известен генератор СВЧ, содержащая термокомпенсатор температурного сдвига частоты генерации в диапазоне температур, выполненный в виде диэлектрического резонатора (Техническое состояние, тенденции развития и проектирование стабильных твердотельных генераторов и фильтров СВЧ малой мощности / Афанасьев А.И., Алексейчик Л.В., Бродуленко И.И. и др. Обзоры по Электронной технике, Серия 1, СВЧ-техника, вып.2 (1698), 1993, 82 с. С. 16, рис. 6).

Недостатком такого генератора СВЧ является зависимость режима термокомпенсации от перестройки частоты генерации.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению является генератор СВЧ (см. Авт. свид. СССР №1653125 от 01.06.1989, МПК Н03В 5/18, опубл. 30.05.1991), обеспечивающий плавное управление температурным коэффициентом частоты генерации и содержащий диэлектрическую подложку, размещенную на внутренней стенке в замкнутой металлической полости, отрезок полосковой линии подключенный к активному элементу и установленный на поверхности диэлектрической подложки, плоский открытый диэлектрический резонатор, закрепленный на торце диэлектрического держателя, прикрепленного к металлической цилиндрической трубке, установленной на резьбе в отверстии в стенке замкнутой полости противоположной диэлектрической подложке, винт перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора.

Недостатком такого генератора СВЧ является зависимость обеспечение режима термокомпенсации при настройке параметров генератора.

Технической задачей изобретения является обеспечение независимого управления температурным коэффициентом частоты генерации генератора.

Технический результат изобретения заключается в упрощении настройки температурного режима частоты генерации при регулировке параметров генератора СВЧ.

Это достигается тем, что генератор СВЧ, содержащий диэлектрическую подложку, размещенную на внутренней стенке в замкнутой металлической полости, отрезок полосковой линии, подключенный к активному элементу и установленный на поверхности диэлектрической подложки, плоский открытый диэлектрический резонатор, закрепленный на торце диэлектрического держателя, прикрепленного к металлической цилиндрической трубке, установленной на резьбе в отверстии в стенке замкнутой полости, противоположной диэлектрической подложке, винт перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора дополнительно снабжен отрезком проводника, элементом крепления и диэлектрической втулкой, диэлектрический держатель выполнен в виде полого цилиндра с плоскими торцевыми поверхностями из материала с относительной диэлектрической проницаемостью, на порядок меньшей относительной диэлектрической проницаемости открытого диэлектрического резонатора, длина отрезка проводника L выбрана равной

где (Δƒ_Г/ΔТ) – коэффициент, соответствующий крутизне (производной) температурной (Т) зависимости частоты ƒ_Г генерации генератора СВЧ,

- коэффициент, соответствующий крутизне (производной) механической перестройки частоты ƒ_Г генерации от расстояния Δl от торца винта перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора до плоскости его поверхности,

α - температурный коэффициент линейного расширения материала отрезка проводника, отрезок проводника одним из торцов прикреплен к торцевой поверхности конца винта перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора, отрезок проволоки выполнен в виде плоской спирали и размещен на внешней поверхности стенки замкнутой полости, противоположной диэлектрической подложке, а другой конец отрезка проводника прикреплен к внешней стенке замкнутой полости, противоположной диэлектрической подложке, элементом крепления, выполненным перемещающимся по радиусу у другого конца отрезка проводника, винт перестройки частоты установлен в центральном отверстии металлической цилиндрической трубки и закреплен в ней диэлектрической втулкой, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру цилиндрической трубки, а центральное отверстие равно диаметру винта перестройки частоты.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где схематически представлен фрагмент генератора СВЧ, (вид сверху) с его продольным сечением.

Генератор СВЧ содержит диэлектрическую подложку 1, размещенную на внутренней стенке 2 в замкнутой металлической полости 3, отрезок полосковой линии 4, подключенный к активному элементу 5 и установленный на поверхности 6 диэлектрической подложки 1, плоский открытый диэлектрический резонатор 7, закрепленный на торце 8 диэлектрического держателя 9, выполненного в виде полого цилиндра с плоскими торцевыми поверхностями из материала с относительной диэлектрической проницаемостью, на порядок меньшей относительной диэлектрической проницаемости открытого диэлектрического резонатора 7, прикрепленного к металлической цилиндрической трубке 10, установленной на резьбе в отверстии в стенке 11 замкнутой металлической полости 3 противоположной диэлектрической подложке 1, винт 12 перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора 7, отрезок проводника 13, который торцом одного из концов 14 прикреплен к торцевой поверхности конца винта 12 перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора 7. Винт 12 перестройки установлен в центральном отверстии металлической цилиндрической трубки 10 и закреплен в ней диэлектрической втулкой 15, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру металлической цилиндрической трубки 10, а центральное отверстие равно диаметру винта 12 перестройки частоты. Отрезок проводника 13 выполнен в виде спирали и расположен на внешней поверхности 16 стенки замкнутой металлической полости 3, противоположной диэлектрической подложке 1. Другой конец 17 отрезка проводника 13 прикреплен к внешней поверхности стенки 11 замкнутой металлической полости 3, противоположной диэлектрической подложке 1, подвижным элементом крепления 18, перемещающимся вдоль другого конца 17 отрезка проводника 13 по радиусу. Плоский диэлектрический резонатор 7, электромагнитно связанный через отрезок полосковой линии 4 с активным элементом 5, образуют колебательную систему генератора.

Генератор СВЧ работает следующим образом.

Частота генерации и его выходная мощность зависят от резонансной частоты диэлектрического резонатора 7 и его электромагнитной связи с активным элементом 5. Управление характеристиками плоского диэлектрического резонатора 7 осуществляется изменением расстояния между плоским диэлектрическим резонатором 7 и диэлектрической подложкой 1. Изменение расстояния осуществляется металлической цилиндрической трубкой 10, установленной на резьбе в отверстии в стенке 11 замкнутой металлической полости 3, противоположной диэлектрической подложке 1. Перестройка частоты плоского открытого диэлектрического резонатора 7 с помощью винта 12 достигается изменением расстояния торца винта 12 относительно поверхности диэлектрического резонатора 7. Изменение частоты плоского открытого диэлектрического резонатора 7 изменяет частоту генерации.

Винт 12 перестройки частоты, установленный в центральном отверстии металлической цилиндрической трубки 10, закреплен в ней диэлектрической втулкой 15, которая может быть выполнена, например, в виде кварцевой трубки, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру металлической цилиндрической трубки 10, а центральное отверстие равно диаметру винта 12 перестройки частоты. Такое техническое решение позволяет фиксировать положение винта 12 перестройки частоты.

Температурная компенсация сдвига резонансной частоты плоского открытого диэлектрического резонатора 7 обеспечена температурным удлинением винта 12 перестройки, в результате приближения торца винта 12 перестройки частоты к поверхности плоского открытого диэлектрического резонатора 7.

Величина удлинения винта 12 перестройки частоты пропорциональна его физической длине и температурного коэффициента линейного расширения материала винта 12. Необходимая для обеспечения термокомпенсации частотного сдвига частоты генерации эффективная длина винта 12 (т.е. положение его торца относительно плоскости поверхности плоского открытого диэлектрического резонатора 7) определяется формулой

где: (Δƒ_Г/ΔТ) - коэффициент соответствующий крутизне (производной) температурной (Т) зависимости частоты ƒ_Г генерации генератора СВЧ,

- коэффициент, соответствующий крутизне (производной) механической перестройки частоты ƒ_Г генерации от расстояния Δl от торца винта перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора до плоскости его поверхности,

α - температурный коэффициент линейного расширения материала отрезка проводника.

Типичная длина винта 12, которая зависит от коэффициента α и производных (Δƒ_Г/ΔТ) и , при проводниках с наибольшими значениями α (медные или дюралевые) составляет минимум 10…15 мм и не зависит от диаметра винта 12 перестройки частоты.

Увеличенную эффективную длину винта 12 перестройки частоты реализует отрезок проводника 13, который торцом одного из концов 14 прикреплен к торцевой поверхности конца винта 12 перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора 7, размещен в виде плоской спирали на внешней размещенный на внешней поверхности 16 стенки замкнутой металлической полости 3, противоположной диэлектрической подложке 1. Размещение отрезка проводника 13 в виде плоской спирали на внешней поверхности 16 стенки замкнутой металлической полости 3 обеспечивает механическую и вибрационную прочность устройства.

Термокомпесация частоты генерации управляется длиной отрезка проводника 13, которая достигается тем, что другой конец 17 отрезка проводника 13 прикреплен к внешней поверхности стенки 11 замкнутой металлической полости 3, противоположной диэлектрической подложке 1, подвижным элементом крепления 18, перемещающимся вдоль другого конца 17 отрезка проводника 13 по радиусу.

Учитывая возможные значения температурного коэффициента линейного расширения отрезка проводника 13, выполненного (из алюминия - 23⋅10^-6 1/°С; меди - 17⋅10^-6 1/°С; стали 12⋅10^-6 1/°С; вольфрама 6,5⋅10^-6 1/°С; иридия 4,5⋅10^-6 1/°С), расчетная длина проводника из алюминия составляет ≈130 мм. Это значение получается при пренебрежении длиной кварцевой трубки диэлектрического держателя 9, которая составляет около 3…5 мм и в 25 раз меньше расчетной длины отрезка проводника 13.

Выполнение отрезка проводника 13 в виде плоской спирали обеспечивает его складывание, что делает конструкцию компактной. Так, при диаметре цилиндра около 10 мм число витков алюминиевого провода 13 равно 4,14, а для медного провода при том же диаметре цилиндра число витков равно 16,6/3,14 ≈ 5,5. Преимущество такого технического решения устройства теплового компенсатора заключается в возможности плавного управления термокомпенсатором генератора за счет изменения положения точки крепления 18, перемещающейся по радиусу вдоль другого конца 17 отрезка проводника 13. При этом наличие цилиндрической трубки 10 позволяет перемещать плоский диэлектрический резонатор 7 относительно отрезка полосковой линии 4, подключенной к активному элементу 5, меняя связь резонатора с активным элементом 5. Причем перемещение резонатора не меняет свойств термокомпенсатора генератора, которое тем не менее можно дополнительно корректировать изменением в небольших пределах положения точки крепления 18. Исследования показали, что термокомпенсация частоты генератора может быть достигнута на уровне 10…20 кГц/°С.

Использование изобретения позволяется упростить настройки температурного режима частоты генерации при регулировке параметров генератора СВЧ.

Генератор СВЧ относится к технике СВЧ и предназначен для создания источников сигнала непрерывной выходной мощности и позволяет упростить настройки температурного режима частоты генерации при регулировке параметров генератора СВЧ. Технический результат заключается в упрощении настройки температурного режима частоты генерации при регулировке параметров генератора. Генератор содержит диэлектрическую подложку 1, расположенную на внутренней стенке 2 в замкнутой металлической полости 3, отрезок полосковой линии 4, активный элемент 5, плоский открытый диэлектрический резонатор 7, закрепленный на торце 8 диэлектрического держателя 9, металлическую цилиндрическую трубку 10, установленную на резьбе, винт 12 перестройки частоты резонатора 7, отрезок проводника 13 в виде плоской спирали на внешней поверхности 16 стенки полости 3, диэлектрическую втулку 15, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру металлической цилиндрической трубки 10, а центральное отверстие равно диаметру винта 12 перестройки частоты, подвижный элемент крепления 18, обеспечивающий перемещение вдоль конца 17 отрезка проводника 13 по радиусу. Длина отрезка проводника выбрана в соответствии с соотношением, обеспечивающим термокомпенсацию сдвига резонансной частоты резонатора. 1 ил.

Генератор СВЧ, содержащий диэлектрическую подложку, размещенную на внутренней стенке в замкнутой металлической полости, отрезок полосковой линии, подключенный к активному элементу и установленный на поверхности диэлектрической подложки, плоский открытый диэлектрический резонатор, закрепленный на торце диэлектрического держателя, прикрепленного к металлической цилиндрической трубке, установленной на резьбе в отверстии в стенке замкнутой полости, противоположной диэлектрической подложке, винт перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора, отличающийся тем, что дополнительно снабжен отрезком проводника, элементом крепления и диэлектрической втулкой, диэлектрический держатель выполнен в виде полого цилиндра с плоскими торцевыми поверхностями из материала с относительной диэлектрической проницаемостью, на порядок меньшей относительной диэлектрической проницаемости открытого диэлектрического резонатора, длина отрезка проводника L выбрана равной

где (Δƒ_Г/ΔТ) - коэффициент, соответствующий крутизне (производной) температурной (Т) зависимости частоты ƒ_Г генерации генератора СВЧ,

- коэффициент, соответствующий крутизне (производной) механической перестройки частоты ƒ_Г генерации от расстояния Δl от торца винта перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора до плоскости его поверхности,

α - температурный коэффициент линейного расширения материала отрезка проводника,

отрезок проводника одним из торцов прикреплен к торцевой поверхности конца винта перестройки частоты плоского открытого диэлектрического резонатора, отрезок проволоки выполнен в виде плоской спирали и размещен на внешней поверхности стенки замкнутой полости, противоположной диэлектрической подложке, а другой конец отрезка проводника прикреплен к внешней стенке замкнутой полости, противоположной диэлектрической подложке, элемент крепления выполнен с возможностью перемещения по радиусу у другого конца отрезка проводника, винт перестройки частоты установлен в центральном отверстии металлической цилиндрической трубки и закреплен в ней диэлектрической втулкой, внешний диаметр которой равен внутреннему диаметру цилиндрической трубки, а центральное отверстие равно диаметру винта перестройки частоты.